[发明专利]复相导电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本申请涉及一种复相导电陶瓷材料及其制备方法，属于功能陶瓷材料领域。

背景技术

导电陶瓷是指在一定条件(温度、压力)下具有电子(或空穴)电导或离子电导的陶瓷。导电陶瓷属于新型功能特种陶瓷，是一类基础性材料，既有陶瓷的各种性质，如抗氧化性、耐高温、耐腐蚀、低成本、机械性能好等特点，又具有金属态的导电特性。其电阻率可以在较大范围内调整，因此在许多特殊环境与场合得到应用，如现代国防和国民经济，在镀铝工业用的蒸发舟、高速列车的受电弓、固体燃料电池电极、气敏元件、电火花加工等诸多领域，是其他材料所不能比拟的。

目前，国内外学者主要致力于复相导电陶瓷的研究。复相导电陶瓷是通过掺杂外来物质制备出许多新的材料，其导电机理有两种，一种是由物相变化引起载流子浓度的改变的导电陶瓷，另一种是由掺杂的物理相连接构成导电通道的导电陶瓷(J.Eur.Ceram.Soc.,2001,21,2089-2093)。通过掺杂形成的导电陶瓷的导电机理又分为以下三种，分别是非半导体电子/离子导电机理、半导体导电机理及连通导电型导电机理。连通导电相型导电陶瓷是通过掺杂外来导电相或掺杂物形成有效的导电通道为电子的转移提供有效的途径，一般情况下以非导电相为基体，掺杂导电相物质，烧制成具有耐高温、低电阻率及高致密度的导电陶瓷。王红霞等人以AlN中掺杂TiB₂和SiC烧结制备了AlN-TiB₂复相导电陶瓷，导电率达1526μΩ·cm。当TiB₂添加量较少时，TiB₂颗粒分散在复相陶瓷中，使得烧制品电阻较大；当TiB₂添加量增加时，原来分散的TiB₂颗粒开始连接起来，极大地增加了其导电性(Manufacturing Automation,2005,3,137-139)。目前导电陶瓷多以Si₃N₄和AlN等非氧化物陶瓷为基体，而以ZrO₂或Al₂O₃等氧化物陶瓷为基体的复相导电陶瓷的研究鲜有报道。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种复相导电陶瓷材料，该陶瓷材料具有优异的导电性能和机械性能，具有良好的电火花加工性能。

所述复相导电陶瓷材料由基相和导电相组成；其中，基相为ZrO₃-Al₂O₃，导电相为TiC。

优选地，所述基相中Zr元素和Al元素的摩尔比为1:5～1:2。

优选地，所述基相中Zr元素和Al元素的摩尔比为1:4.8、1:4.5、1:4.2、1:4、1:3.8、1:3.5、1:3.2、1:3、1:2.8、1:2.5或1:2.2。

本领域技术人员可根据实际需要，选择基相和导电相的配比。

优选地，基相中Zr元素与导电相中Ti元素的摩尔比为1：0.71～5.78。

优选地，所述复相导电陶瓷材料的相对密度大于99％，硬度为5～15GPa，电导率为0.3～10⁴S/m。

进一步优选地，所述复相导电陶瓷材料的相对密度为99.5％～99.7％。

进一步优选地，所述复相导电陶瓷材料的硬度为8.65～11.43GPa。

进一步优选地，所述复相导电陶瓷材料的电导率为0.3～12.6S/m。

更进一步优选地，所述复相导电陶瓷材料的电导率为2.6～12.6S/m。

所述复相导电陶瓷材料可用于电火花加工，以期改善其复杂形状的加工能力。

所述相对密度是指陶瓷材料的实测密度与理论密度的比值。

本申请的另一个方面，提供了制备所述的复相导电陶瓷材料的方法，至少包括以下步骤：

将含有ZrO₂、Al₂O₃、TiC的复合粉体在惰性氛围下进行热压烧结，得到复相导电陶瓷材料。

作为一种优选地实施方式，所述复合粉体由ZrO₂、Al₂O₃和TiC经球磨混合得到；

所述球磨混合的条件为：以水和/或乙醇为溶剂，球磨介质的直径为2～5mm，球料比为5:1～10:1，球磨混合时间为4～48小时。